在水分亏缺胁迫下甘蓝型油菜（Brassica napus L.）的形态、生理和转录组变化

《International Journal of Molecular Sciences》：Morphological, Physiological and Transcriptomic Changes in Response to Water Deficit Stress in Brassica napus L.

　　

水分亏缺（WD）条件造成的产量损失，尤其是在植物发育的生殖阶段，对全球油菜（Brassica napus L.）生产构成重大威胁。因此，研究在日益增加的WD条件下有助于提高生产力的性状至关重要。本文研究人员展示了在具有抗旱相关性状变异的对比性油菜种质中，响应WD的表型、生理和转录组变化。WD显著降低了地上部生物量、株高、收获指数、叶片含水量、光合CO₂同化速率、内在水分利用效率和碳同位素判别。WD导致种子产量减少49%至100%：最小种子产量减少（49.66%）出现在双单倍体（DH）系06-5101.137中，而最大产量减少（94.1%至100%）出现在晚花DH系（06.5101.088、06-5101.306）中。种子产量与地上部生物量、株高、收获指数、叶片含水量、光合CO₂同化速率、内在水分利用效率和碳同位素判别呈正相关（r = 0.35至0.97）。然而，在不同水分处理下，种子产量与开花天数、比叶重、根长和根生物量呈负相关（r = ?0.08至?0.80）。对在充分浇水和缺水条件下有效水分利用存在变异的DH群体两个亲本系的叶片转录组分析揭示了不同类别的差异表达基因（DEGs）：BC1329亲本系（1116个）和BC9102（1205个）中的WD响应DEGs，其中分别有754个和853个DEGs为BC1329和BC9102所特有；WD响应DEGs（906个）、基因型依赖性DEGs（8465个）和基因型×处理互作DEGs（353个）。DEG注释显示，受WD处理影响的基因涉及胁迫响应以及生长和发育。研究人员进一步在农艺和生理表现相关的QTL区域内定位了235个DEGs。本研究为水分利用效率涉及的形态、生理和分子决定因素提供了一个概念框架。具有高遗传力的幼苗性状，如地上部生物量、叶重、叶片含水量和Δ¹³C，可作为在水分受限和非水分受限条件下提高种子产量的基于性状选择的替代指标。

气候变化导致干旱（水分亏缺，WD）事件增加，严重威胁作物产量和粮食安全。甘蓝型油菜（Brassica napus L.）是世界第二大油料作物，其生产在干旱半干旱地区受WD制约尤为突出。已有部分性状如蒸腾效率、碳同位素判别（Δ¹³C）等与产量相关，但相关性并不稳定，因此亟需鉴定可靠的选择指标和关键基因。本研究利用24份甘蓝型油菜种质（包括BC1329和BC9102两个亲本系、16份来自杂交衍生双单倍体群体11